Sistema y procedimiento de optimización de combustión en calderas de combustible sólido pulverizado, y caldera que incorpora dicho sistema.

El sistema comprende una caldera (1), unos grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) situados en distintos niveles o zonas a través de los cuales se inyecta combustible sólido pulverizado en la caldera

(1) y unos molinos principales (3F, 3E, 3D, 3C) de combustible sólido, en el que cada uno de ellos está conectado a cada uno de los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) a los que dirigen un caudal de combustible sólido. Complementariamente incorpora un molino de sustitución (3B) destinado a operar únicamente sobre aquel grupo de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) cuyo molino principal (3F, 3E, 3D, 3C) asociado sufre una parada, así como un molino de apoyo (3A) de funcionamiento permanente que dirige un caudal adicional de combustible sólido hacia el o los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) seleccionados, suplementando al caudal de combustible sólido proporcionado por los molinos principales (3F, 3E, 3D, 3C).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/ES2010/070039.

Solicitante: INERCO, INGENIERÍA, TECNOLOGÍA Y CONSULTORÍA, S. A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: Delgado Lozano, Miguel Ángel, Tova Holgado, Enrique, CAÑADAS SERRANO,LUIS, RODRÍGUEZ BAREA,FRANCISCO J, PORTILLA DE LA CONCHA COBANO,MIGUEL A, MORALES RODRÍGUEZ,MIGUEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > PROCEDIMIENTOS O APARATOS DE COMBUSTION QUE UTILIZAN... > Aparatos de combustión caracterizados por la combinación... > F23C6/04 (conectadas en serie)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > REGULACION O CONTROL DE LA COMBUSTION (dispositivos... > Sistemas de control de la combustión (F23N 1/00,... > F23N5/24 (Sistemas contra el desarrollo de condiciones anormales o indeseables, es decir, dispositivos de seguridad (F23N 5/02 - F23N 5/18 tienen prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE A LOS APARATOS DE COMBUSTION... > F23K3/00 (Alimentación o distribución del combustible en pedazos o pulverulento para los aparatos de combustión (transporte en general B65G))

PDF original: ES-2473990_T3.pdf

 

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Sistema y procedimiento de optimización de combustión en calderas de combustible sólido pulverizado, y caldera que incorpora dicho sistema.

Fragmento de la descripción:

Sistema y procedimiento de optimizaciïn de combustiïn en calderas de combustible sïlido pulverizado, y caldera que 5 incorpora dicho sistema.

Objeto de la invenciïn La invenciïn se refiere, tal y como expresa el enunciado, a un sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido (por ejemplo carbïn o biomasa) pulverizado y un mïtodo, asociado a dicho sistema, para la optimizaciïn del proceso con vistas a reducir las emisiones de gases contaminantes, tales como los ïxidos de nitrïgeno, asï como para optimizar el rendimiento y la operaciïn de la caldera.

Campo de aplicaciïn El campo de aplicaciïn de la presente invenciïn es el de las calderas industriales.

Antecedentes de la invenciïn Gran parte de los desarrollos de los ïltimos aïos para la optimizaciïn de las calderas industriales (por ejemplo, en unidades de generaciïn elïctrica) se ha enfocado a la reducciïn de las emisiones de gases contaminantes. Entre estos gases cabe destacar los ïxidos de nitrïgeno (NOx) , generados en la combustiïn de combustibles fïsiles como el carbïn, el fueloil o el gas natural en calderas industriales. Los NOx comprenden principalmente NO y NO2 y se encuentran entre los contaminantes gaseosos mïs perjudiciales para la salud y el medio ambiente.

Los ïxidos de nitrïgeno son precursores del smog fotoquïmico y la lluvia ïcida, fenïmenos con efectos directos sobre la salud de los animales, la vegetaciïn y los seres humanos.

Las tecnologïas aplicadas para la reducciïn de las emisiones de NOx en este tipo de instalaciones pueden clasificarse principalmente en dos grupos: modificaciones y ajustes del proceso de combustiïn, o medidas primarias, y abatimiento de postcombustiïn, o medidas secundarias.

Dentro del grupo de las medidas primarias, unas de las estrategias aplicadas son las basadas en la estratificaciïn de los aportes de aire y combustible a la caldera. En este sentido, las lïneas de actuaciïn en unidades existentes van desde el ajuste de los parïmetros de operaciïn del grupo tïrmico hasta la implementaciïn de modificaciones en las calderas tales como la instalaciïn de quemadores de bajo NOx, registros de OFA (Over Fire Air) , UFA (Under Fire Air) , etc.

La estratificaciïn persigue la combustiïn en dos o mïs etapas, de las que la primera o inicial es rica en combustible y la segunda o siguientes son pobres en combustible. Se trata de disminuir el oxïgeno disponible en aquellas zonas en las que es crïtico para la formaciïn de NOx y de reducir la cantidad de combustible que se quema a la mïxima temperatura de llama. Mediante este mïtodo se actïa sobre el NO tïrmico (desfavorecido por mezclas ricas) y sobre el NO del combustible (propiciando su transformaciïn a N2 en la fracciïn procedente de la combustiïn de los volïtiles) .

Un modo de ejecuciïn del concepto de combustiïn estratificada en etapas es el detallado en la patente US 6, 790, 031. Dicha patente es de aplicaciïn en calderas tangenciales en las que el combustible es inyectado en la caldera a travïs de varios conjuntos de quemadores (normalmente asociados a un mismo molino) dispuestos en alturas sucesivas. Respecto al reparto habitual de combustible de forma homogïnea por niveles, la mencionada patente establece como invenciïn la estratificaciïn del aporte de combustible, de tal forma que sea mayor en el nivel inferior de quemadores y

se reduzca gradualmente en los niveles superiores hasta el mïnimo en el nivel mïs elevado. El empleo de esta configuraciïn produce una zona reductora (con dïficit de oxïgeno) en la zona inferior de la cïmara de combustiïn y una zona oxidante en la zona superior, lo cual se traduce en una reducciïn significativa en las emisiones de NOx.

El ïmbito de actuaciïn del objeto definido en el documento anteriormente referido se restringe exclusivamente al de la 55 caldera de una unidad termoelïctrica. De esta forma no se hace alusiïn a los medios fïsicos ni al mïtodo para lograr la estratificaciïn de combustible que propugna como clave para la reducciïn de las emisiones de NOx.

En el documento JP 59145406 se define una caldera de carbïn pulverizado de baja generaciïn de NOx equipada con una pluralidad de quemadores agrupados en varios niveles o etapas. Los quemadores se dividen en dos grupos, en 60 funciïn de la relaciïn aire/combustible con la que se alimentan: quemadores principales y quemadores de desnitrificaciïn. La caldera dispone de varios niveles de quemadores principales y varios niveles de quemadores de desnitrificaciïn estando en estos ïltimos la relaciïn aire/combustible en el rango 0.2-0.8. Segïn los inventores, los radicales hidrocarbonados generados por las condiciones subestequiomïtricas en los quemadores de desnitrificaciïn originan una reducciïn global de las emisiones de NOx.

El sistema de aporte de carbïn a la caldera se diseïa de tal forma que se garantice la alimentaciïn a los niveles de quemadores de desnitrificaciïn considerados como claves para el proceso de reducciïn global de los NOx , aïn en los 5 casos de parada de un molino.

Para ello se establece que dichos quemadores clave estïn conectados a dos molinos distintos, de tal forma que al producirse un fallo en uno de ellos los quemadores sean abastecidos por el otro molino. Esta forma de actuar presenta limitaciones respecto al grado de mantenimiento de los patrones de aportaciïn del combustible establecido como ïptimos ya que, aunque cada quemador dispone de un sistema paralelo de conducciones de combustible asociado a dos molinos, en su operaciïn sïlo vehicula carbïn de uno de ellos. De hecho, el dar servicio a un nivel determinado de quemadores de desnitrificaciïn es a costa de interrumpir o reducir drïsticamente el suministro de carbïn a un nivel de quemadores principales u otro nivel de quemadores de desnitrificaciïn no considerados clave.

En algunos casos el objeto del desarrollo tecnolïgico se enfoca a la resoluciïn de una problemïtica asociada a la operaciïn de la planta mïs que a una optimizaciïn en sï del proceso de combustiïn. Tal es el caso de la invenciïn recogida en la patente GB 582, 593. En dicho documento se plantea una soluciïn a la problemïtica de inestabilidad derivada del desequilibrio producido por la indisponibilidad de un molino y la consiguiente puesta fuera de servicio de los quemadores por ïl alimentados. La invenciïn estï enfocada a una configuraciïn muy concreta del sistema de transporte de combustible en la que se definen varios grupos de quemadores, alimentado cada uno de dichos grupos por un sistema de conductos, y un nïmero mayor de molinos. La conexiïn entre los molinos y los sistemas de conductos se realiza de tal forma que cada grupo de quemadores puede ser alimentado por mïs de un molino, de forma que, siempre que el nïmero de molinos activos iguale al nïmero de sistemas de conductos, se asegura la alimentaciïn a todos los quemadores.

La selecciïn del molino que alimenta a cada sistema de conductos se realiza a travïs de vïlvulas selectoras todo/nada, especialmente diseïadas y objeto de protecciïn, que conectan el grupo de quemadores en cuestiïn con uno u otro molino.

Ademïs, el documento DE 833099 G1 da a conocer el preïmbulo de la reivindicaciïn 1.

La invenciïn en sï no propugna ningïn tipo de ajuste en los aportes de combustible a cada grupo de quemadores. En su concepciïn se establece como objetivo meramente operativo que, independientemente del molino que pueda quedar fuera de servicio, se mantengan las condiciones de diseïo respecto a la inyecciïn de carbïn.

Descripciïn de la invenciïn La presente invenciïn se refiere en primer lugar a un sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con la reivindicaciïn 1 con... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de combustiïn para calderas (1) de combustible sïlido pulverizado que comprende: unos grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) situados en distintos niveles o zonas, a travïs de los cuales se inyecta combustible sïlido pulverizado en la caldera (1) ,

unos molinos principales (3F, 3E, 3D, 3C) de combustible sïlido, en el que cada uno de ellos estï conectado a cada uno de los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) a los que dirigen un caudal de combustible sïlido, que comprende:

un molino de sustituciïn (3B) destinado a operar ïnicamente sobre aquel grupo de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) cuyo molino principal (3F, 3E, 3D, 3C) asociado sufre una parada, caracterizado por que comprende adicionalmente:

un grupo de distribuidores (5) , cuyo nïmero de elementos coincide con el nïmero de quemadores constitutivos de cada grupo, cada uno de los cuales conecta en paralelo el molino de sustituciïn (3B) con un quemador de cada grupo de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) , con intermediaciïn de deflectores de flujo (35, 13, 14, 15) y vïlvulas (9, 10, 11, 12) que, de acuerdo con su posiciïn, dirigen el caudal desde el molino de sustituciïn (3B) hacia el grupo de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) cuyo molino principal (3F, 3E, 3D, 3C) sufre la parada,

un molino de apoyo (3A) de funcionamiento permanente que dirige un caudal adicional de combustible sïlido hacia el o los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) seleccionados, suplementando al caudal de combustible sïlido proporcionado por los molinos principales (3F, 3E, 3D, 3C) ,

un grupo de divisores de caudal (21) , cuyo nïmero de elementos coincide con el nïmero de quemadores constitutivos de cada grupo, cada uno de los cuales conecta en paralelo el molino de apoyo (3A) con uno de los quemadores de cada grupo de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2C) , con intermediaciïn de deflectores de flujo (36, 29, 30, 31, 32) que, de acuerdo con su posiciïn, dirigen el caudal desde el molino de apoyo (3A) hacia los quemadores a los que estï conectado, en funciïn del reparto requerido, y unos conductos de uniïn (33) entre los distribuidores (5) y los divisores de caudal (21) que incorporan una vïlvula (34) que permite establecer la comunicaciïn entre los distribuidores (5) y los divisores de caudal (21) para que el molino de sustituciïn (3B) realice las funciones de molino de apoyo (3A) .

2. Sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con la reivindicaciïn 1 caracterizado por que las vïlvulas (9, 10, 11, 12, 34) son vïlvulas de guillotina.

3. Sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con la reivindicaciïn 1 caracterizado por que adicionalmente comprende un primer grupo de quemadores auxiliares (2B) , situados a un nivel superior a los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2E) , que estïn conectados al molino de sustituciïn (3B) y a los distribuidores (5) .

4. Sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con la reivindicaciïn 3 caracterizado por que comprende un primer grupo de conexiones de tres vïas (4) , cuyo nïmero de elementos coincide con el nïmero de quemadores constitutivos de cada grupo, que establecen la conexiïn entre el primer grupo de quemadores auxiliares (2B) , el molino de sustituciïn (3B) y los distribuidores (5) .

5. Sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con la reivindicaciïn 4 caracterizado por que el primer grupo de conexiones de tres vïas (4) incorporan un primer deflector flotante (8) que minimiza las pïrdidas de carga en el cambio de direcciïn.

6. Sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 3 caracterizado por que adicionalmente comprende un segundo grupo de quemadores auxiliares (2A) , situados a un nivel superior a los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2E) , que estïn conectados al molino de apoyo (3A) y a los divisores de caudal (21) .

7. Sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con la reivindicaciïn 6 caracterizado por que comprende un segundo grupo de conexiones de tres vïas (20) , cuyo nïmero de elementos coincide con el nïmero de quemadores constitutivos de cada grupo, que establecen la conexiïn entre el segundo grupo de quemadores auxiliares (2A) , el molino de apoyo (3A) y los divisores de caudal (21) .

8. Sistema de combustiïn para calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con la reivindicaciïn 7 caracterizado por que el segundo grupo de conexiones de tres vïas (20) incorporan un segundo deflector flotante (24) que minimiza las pïrdidas de carga en el cambio de direcciïn.

9. Caldera de combustible sïlido pulverizado que incorpora el sistema descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

10. Mïtodo de optimizaciïn de combustiïn de calderas de combustible sïlido pulverizado que emplea el sistema descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que comprende las etapas de: selecciïn de un patrïn de inyecciïn diferencial entre los distintos grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2E) , 5 selecciïn de los molinos principales (3F, 3E, 3D, 3C) que alimentarïn a los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2E) en funciïn de la carga demandada a la caldera (1) ,

ajuste de los deflectores de flujo (36, 29, 30, 31, 32) de los divisores (21) que reparten el caudal del molino de apoyo (3A) entre los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2E) situados en distintos niveles, para establecer aportes diferenciales entre dichos niveles.

1.

11. Mïtodo de optimizaciïn de combustiïn de calderas de combustible sïlido pulverizado de acuerdo con la reivindicaciïn 10, caracterizado porque comprende la etapa de activaciïn del molino de sustituciïn (3B) ante la parada de un molino principal (3F, 3E, 3D, 3C, 3B) y ajuste de los deflectores (35, 13, 14, 15) para dirigir el caudal hacia aquel grupo concreto de entre los grupos de quemadores principales (2F, 2E, 2D, 2E) cuyo molino principal correspondiente (3F, 3E, 3D, 3C) sufre parada.